WO2022149330A1 - すべり軸受、すべり軸受装置、及びポンプ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a plain bearing preferably used as a radial bearing of a rotating machine such as a pump, a plain bearing device provided with the plain bearing, and a pump provided with the plain bearing device.
- the resin material used for the slide bearing of the slide bearing device is required to have a low wear rate during operation in a slurry such as SiO 2 .
- the slide bearing device is not only operated in water but also in the atmosphere such as controlled operation and preceding standby operation, that is, sliding.
- the bearing slip surface of the bearing device may be operated under dry conditions exposed to the atmosphere.
- the slide bearing device is operated under dry conditions, there is a problem that the temperature of the resin material on the slide surface of the bearing rises due to heat generated by friction with the rotating shaft of a pump or the like, causing deformation and wear of the resin material. ..
- various types of pumps that are operated under dry conditions, and the range of conditions for the rotational speed (V) and sliding surface pressure (P) of the rotating shaft supported by the slide bearing, and the PV value (of the rotating shaft).
- the range of (rotational speed x sliding surface pressure) has expanded to higher value conditions, and under such harsher conditions, the above-mentioned deformation and wear of the resin material of the slide bearing become more remarkable. There is a problem.
- a plain bearing device equipped with a plain bearing is formed of a resin composition consisting of aromatic polyetherketone, polybenzimidazole, boron nitride, carbon fiber, graphite, and unavoidable impurities.
- the content of the polybenzoimidazole with respect to the resin composition is 10% by mass or less (including 0% by mass), the content of the graphite is 5% by mass or less (including 0% by mass), and the above.
- the slide bearing device which has a total content of boron nitride, the carbon fibers, and graphite of 40% by mass or less, is provided.
- a pump provided with the above-mentioned plain bearing is provided.
- one rotating shaft 10 formed by connecting two upper and lower shafts to each other by a shaft joint 26 is formed. Have been placed.
- the rotary shaft 10 is supported by an upper bearing 32 fixed to the casing 29 via a support member and a lower bearing 33 fixed to the discharge bowl 28 via the support member.
- An impeller 22 for sucking water into the pump is connected to one end side (suction bell 27 side) of the rotating shaft 10.
- the other end side of the rotating shaft 10 extends to the outside of the vertical shaft pump 3 through a hole provided in the discharge elbow 30, and is connected to a drive machine such as an engine or a motor that rotates the impeller 22.
- the wear rate in the slurry is 31 ⁇ m / h or less, the temperature rise of the slide bearing at the PV value: 0.30 to 0.40 MPa ⁇ m / s is suppressed, and the PV value: 1.
- the friction coefficient of the slide bearing at 0 MPa ⁇ m / s is 0.1 or less, the slurry wear resistance performance during operation in the slurry is excellent, and the friction coefficient is small and the heat generation is small even in the operation under dry conditions.
- the content of polybenzimidazole in the resin composition is 10% by mass or less (including 0% by mass), preferably 8% by mass or less.
- the average particle size of graphite is preferably larger than 3 ⁇ m and 15 ⁇ m or less.
- the area ratio of carbon fiber is determined by image processing the observation field of 589 ⁇ m in length ⁇ 442 ⁇ m in width for any 5 points of the sample piece cut out from the slide surface of the slide bearing with an optical microscope (500 times) in the HSB color space. It is an average area ratio obtained from the area of an area where Brightness is 75% or more. A specific example of such a method for measuring the area ratio of carbon fibers will be described below. A square sample piece of 5 mm in length ⁇ 5 mm in width is cut out from the slip surface of the molded slide bearing, and the surface of the sample piece is polished.
- the present invention example No. The slide bearing of No. 2 is the comparative example No. It was found that the temperature rise value was small and the temperature rise of the plain bearing could be suppressed under the condition of PV value of 0.30, 0.35, or 0.40 MPa ⁇ m / s as compared with the slide bearing of 1. Further, from the approximate straight line of FIG. 6, the present invention example No. It can be inferred that the friction coefficient of the slide bearing of No. 2 is 0.1 or less at a PV value of 1.0 MPa ⁇ m / s, and it can be seen that the friction can be reduced. Therefore, the present invention example No. It was found that the slide bearing of No. 2 is excellent in slurry wear resistance, can suppress a temperature rise, and has a small friction.
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Abstract
土砂等の異物を含む水（スラリー）中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れる、すべり軸受及び当該すべり軸受装置を備えたポンプを提供する。 すべり軸受であって、 前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、 前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受。
Description
本発明は、ポンプ等の回転機械のラジアル軸受として好適に使用されるすべり軸受、当該すべり軸受を備えたすべり軸受装置、及び当該すべり軸受装置を備えたポンプに関する。
ポンプ等に、樹脂材料を用いたすべり軸受を備えたすべり軸受装置を使用するときは、ポンプ等が取り扱う水に土砂等の異物が混入していることを想定し、異物の主成分である硬度の大きいＳｉＯ２が軸受のすべり面に侵入して樹脂材料を摩耗する現象を考慮しなければならない。すなわち、異物混入水中でのポンプ等の運転は、樹脂製のすべり軸受の摩耗量が増大し軸受寿命が短くなるという問題を考慮しなければならない。
したがって、すべり軸受装置のすべり軸受に用いられる樹脂材料には、ＳｉＯ２等のスラリー中運転時での摩耗速度が小さいことが求められる。
一方で、立形ポンプ等においては、すべり軸受装置は、必ずしも軸受のすべり面が水中で運転されるばかりではなく、管理運転や先行待機運転のように大気中で運転される場合、すなわち、すべり軸受装置の軸受のすべり面が大気中に露出するドライ条件で運転される場合がある。すべり軸受装置がドライ条件で運転される場合、ポンプ等の回転軸との摩擦による発熱によって、軸受のすべり面の樹脂材料の温度が上昇し、樹脂材料の変形及び摩耗が発生するという問題がある。また、近年、ドライ条件で運転されるポンプは多種に及んでおり、すべり軸受が支える回転軸の回転速度（Ｖ）及び摺動面圧（Ｐ）の条件の範囲、並びにＰＶ値（回転軸の回転速度×摺動面圧）の範囲がより高い値の条件へと広がってきており、このようなより過酷な条件において、上述のすべり軸受の樹脂材料の変形及び摩耗の発生がより顕著になるという問題がある。
したがって、すべり軸受装置のすべり軸受に用いられる樹脂材料には、上述のスラリー中運転時の摩耗速度が小さいことに加えて、ドライ条件の運転時に、摩擦係数が小さくて発熱が少ないことも求められる。
従来のすべり軸受装置としては、フッ素樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物を含むすべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、前記すべり軸受のすべり面において、前記フッ素樹脂は２％以上１０％以下の面積率を有し、前記炭素繊維は４％以上１７％以下の面積率を有し、前記グラファイトは５％以上１５％以下の面積率を有し、前記芳香族ポリエーテルケトンおよび前記不可避不純物は残りの面積を占める、すべり軸受装置（特許文献１）が知られている。特許文献１に記載のすべり軸受装置におけるすべり軸受は、樹脂成分としてフッ素樹脂を含んでおり、グラファイトの面積率が５％以上となっていてグラファイトの含有率が高く、また、添加剤として窒化ホウ素を含んでいない。
また、芳香族ポリエーテルケトン、タルク、炭素繊維、及び不可避不純物を含むすべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、前記すべり軸受に対する前記タルクの含有率は７質量％以上１８質量％以下であり、前記すべり軸受のすべり面における前記炭素繊維の面積率は２７％以上３５％以下である、すべり軸受装置（特許文献２）が知られている。特許文献２に記載のすべり軸受装置におけるすべり軸受は、添加剤として窒化ホウ素ではなくタルクを含んでいる。
また、芳香族ポリエーテルケトン、タルク、炭素繊維、及び不可避不純物を含むすべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、前記すべり軸受に対する前記タルクの含有率は７質量％以上１８質量％以下であり、前記すべり軸受のすべり面における前記炭素繊維の面積率は２７％以上３５％以下である、すべり軸受装置（特許文献２）が知られている。特許文献２に記載のすべり軸受装置におけるすべり軸受は、添加剤として窒化ホウ素ではなくタルクを含んでいる。
本発明は、土砂等の異物を含む水（スラリー）中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れるすべり軸受を提供することを目的とする。また、本発明は、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れることに加えて、軸受のすべり面が大気中に露出するドライ条件の運転において、摩擦係数が小さくて発熱が少ないすべり軸受を提供することも別の目的とする。さらに、当該すべり軸受を備えたすべり軸受装置及び当該すべり軸受装置を備えたポンプを提供することも別の目的とする。
以上述べた課題を解決するために、本発明の一形態によれば、
すべり軸受であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受、が提供される。
すべり軸受であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受、が提供される。
本発明の別の形態によれば、
すべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受装置、が提供される。
すべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受装置、が提供される。
上記いずれの形態であっても、前記すべり軸受のすべり面が、大気と接触した状態及び土砂が混入した水と接触した状態のいずれでも運転可能に構成されていることが好ましい。
上記いずれの形態であっても、前記芳香族ポリエーテルケトンが、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、又はそれらの組み合わせであることが好ましい。
本発明の別の形態によれば、上記すべり軸受を備えたポンプが提供される。
本発明によれば、水中ポンプのラジアル軸受用すべり軸受装置で使用されるすべり軸受であって、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れるすべり軸受装置を提供することができる。また、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れることに加えて、ドライ条件の運転において、摩擦係数が小さくて発熱が少ないすべり軸受を提供することもできる。さらに、当該すべり軸受を備えたすべり軸受装置及び当該すべり軸受装置を備えたポンプを提供することもできる。
図１は、先行待機運転を行う立軸ポンプ３の全体を示す断面図である。図１に示すように、立軸ポンプ３は、ポンプ設置床に設置固定される吐出エルボ３０と、この吐出エルボ３０の下端に接続されるケーシング２９と、ケーシング２９の下端に接続されるとともにインペラ２２を内部に格納する吐出ボウル２８と、吐出ボウル２８の下端に接続されるとともに水を吸い込むための吸い込みベル２７とを備えている。
立軸ポンプ３のケーシング２９、吐出ボウル２８、及び吸い込みベル２７の径方向略中心部には、上下二本の軸が軸継手２６によって互いに接続されることにより形成された一本の回転軸１０が配置されている。回転軸１０は、支持部材を介してケーシング２９に固定されている上部軸受３２と、支持部材を介して吐出ボウル２８に固定されている下部軸受３３によって支持されている。回転軸１０の一端側（吸い込みベル２７側）には、水をポンプ内に吸い込むためのインペラ２２が接続されている。回転軸１０の他端側は、吐出エルボ３０に設けられた孔を通って立軸ポンプ３の外部へ延び、インペラ２２を回転させる図示しないエンジンやモータ等の駆動機へ接続される。回転軸１０と吐出エルボ３０に設けられた孔との間には、フローティングシール、グランドパッキンまたはメカニカルシール等の軸シール３４が設けられており、軸シール３４により立軸ポンプ３が扱う水が立軸ポンプ３の外部に流出することを防止する。
駆動機は、保守点検を容易に行うことができるように陸上に設けられる。駆動機の回転は回転軸１０に伝達され、インペラ２２を回転させることができる。インペラ２２の回転によって水は吸込みベル２７から吸い込まれ、吐出ボウル２８、ケーシング２９を通過して吐出エルボ３０から吐出される。
図２は、図１に示した軸受３２，３３に適用される軸受装置の拡大図である。図３は、図２に示す軸受装置に設置されたすべり軸受の斜視図である。図２に示すように、軸受装置は、回転軸１０の外周に、ステンレス鋼、セラミックス、焼結金属又は表面改質された金属からなるスリーブ１１を有している。スリーブ１１は、例えば、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を８００以上２５００以下とすることができる。スリーブ１１の外周側には、中空円筒の樹脂材料からなるすべり軸受１が設けられている。スリーブ１１の外周面は、すべり軸受１の内周面（すべり面）１ａと非常に狭いクリアランスを介して対面し、すべり軸受１に対して摺動するように構成されている。すべり軸受１は、金属又は樹脂からなる軸受ケース１２によりつば部１２ａを介してポンプのケーシング２９（図１参照）等へ繋がる支持部材１３に固定されている。図３に示すように、すべり軸受１は中空円筒状の形状を有しており、内周面（すべり面）１ａがスリーブ１１の外周面と対面し、外周面１ｂが軸受ケース１２に嵌合される。
本実施形態に係るすべり軸受装置は、例えば、図２に示したすべり軸受装置と同様の構造を有する。即ち、本実施形態に係るすべり軸受装置は、回転体である回転軸１０及びスリーブ１１と、固定体であるすべり軸受１とを有する。また、本実施形態に係るすべり軸受装置に用いられるすべり軸受１は、図３に示したすべり軸受１と同様の構造を有する。
本実施形態に係るすべり軸受１は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成される。円筒形状のすべり軸受１の内周面は、スリーブ１１の外周面と接触する軸受の内周面（すべり面）１ａを構成している。
本実施形態に係るすべり軸受を形成する樹脂組成物において、前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である。
ポリベンゾイミダゾールの含有率、グラファイトの含有率、並びに窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率を上記数値範囲内とする樹脂組成物を用いて形成したすべり軸受けは、後述の実施例１及び２において示すように、スラリー中での摩耗速度が３１μｍ／ｈ以下となり、ＰＶ値：０．３０～０．４０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の温度上昇が抑制され、かつＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の摩擦係数が０．１以下となり、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れ、かつドライ条件の運転においても摩擦係数が小さくて発熱が少ない。
ポリベンゾイミダゾールの含有率、グラファイトの含有率、並びに窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率を上記数値範囲内とする樹脂組成物を用いて形成したすべり軸受けは、後述の実施例１及び２において示すように、スラリー中での摩耗速度が３１μｍ／ｈ以下となり、ＰＶ値：０．３０～０．４０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の温度上昇が抑制され、かつＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の摩擦係数が０．１以下となり、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れ、かつドライ条件の運転においても摩擦係数が小さくて発熱が少ない。
ポリベンゾイミダゾールは、芳香族ポリエーテルケトンと比べて、高い耐熱性を有しているが、摩擦係数が大きくなる傾向がある。窒化ホウ素は、高温における潤滑効果を有している。グラファイトは、固体潤滑剤として機能するが、高温において潤滑効果が低下する傾向がある。炭素繊維は、強度を増加させ、線膨張係数を低減させる効果を有している。本発明は、樹脂成分（芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール）、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの組成を最適化した樹脂組成物からすべり軸受けを形成することにより、スラリー中での運転時における耐スラリー摩耗性能に優れ、かつドライ条件の運転において、摩擦係数が小さくて発熱が少ないすべり軸受けを提供することができる。
樹脂組成物に対するポリベンゾイミダゾールの含有率は、１０質量％以下（０質量％を含む）であり、８質量％以下が好ましい。
樹脂組成物に対するグラファイトの含有率は、５質量％以下（０質量％を含む）であり、３質量％以上５質量％以下とすることもできる。
グラファイトの平均粒径は、３μmより大きく１５μm以下であることが好ましい。
樹脂組成物に対する、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率は、４０質量％以下であり、３９量％以下、３８量％以下、又は３７質量％以下とすることもできる。窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率は、２５量％以上、２８量％以上、又は３０量％以上とすることができる。
樹脂組成物に対する窒化ホウ素の含有率は、特に限定されないが、１３質量％以上３０質量以下、１５質量％以上２５質量％以下、又は１８質量％以上２３質量％以下とすることができる。
窒化ホウ素としては、特に限定されず、六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、立方晶窒化ホウ素（ｃ－ＢＮ）、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、六方晶窒化ホウ素が好ましい。
窒化ホウ素の平均粒径は、４μmより大きく２０μm以下であることが好ましい。
窒化ホウ素の平均粒径は、４μmより大きく２０μm以下であることが好ましい。
すべり軸受のすべり面における炭素繊維の面積率は、特に限定されないが、２０％以下、１８％以下、１５％以下、又は１３％以下とすることができる。また、炭素繊維の面積率は、１％以上、３％以上、５％以上、又は８％以上とすることができる。
樹脂組成物に対する炭素繊維の含有率は、特に限定されないが、１質量％以上２０質量以下、３質量％以上１８質量％以下、又は５質量％以上１５質量％以下とすることができる。
炭素繊維は短繊維から構成されていることが好ましい。
軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維の直径は、５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５．５μｍ以上９μｍ以下がより好ましく、６μｍ以上８μｍ以下が最も好ましい。炭素繊維の直径は、光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて、後述の画像解析プログラムを使用して画像解析を行うことより測定することができる。
また、軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維の長さは、５μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、６μｍ以上５００μｍ以下がより好ましく、７μｍ以上２００μｍ以下が最も好ましい。炭素繊維の長さは、光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて、後述の画像解析プログラムを使用して画像解析を行うことより測定することができる。
軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維のアスペクト比（長さ／直径）は、２以上１００以下が好ましく、１０以上１００以下がより好ましく、３０以上１００以下が最も好ましい。
軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維の直径は、５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５．５μｍ以上９μｍ以下がより好ましく、６μｍ以上８μｍ以下が最も好ましい。炭素繊維の直径は、光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて、後述の画像解析プログラムを使用して画像解析を行うことより測定することができる。
また、軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維の長さは、５μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、６μｍ以上５００μｍ以下がより好ましく、７μｍ以上２００μｍ以下が最も好ましい。炭素繊維の長さは、光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて、後述の画像解析プログラムを使用して画像解析を行うことより測定することができる。
軸受のすべり面１ａにおいて観察される炭素繊維のアスペクト比（長さ／直径）は、２以上１００以下が好ましく、１０以上１００以下がより好ましく、３０以上１００以下が最も好ましい。
芳香族ポリエーテルケトンとしては、特に限定されず、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、及びそれらの組み合わせが挙げられるが、ポリエーテルエーテルケトンが好ましい。
（窒化ホウ素の含有率の測定方法）
窒化ホウ素の含有率は、以下の方法により測定することができる。
すなわち、成形したすべり軸受を１００ｇ測り取り、８００℃において焼成を行い、炭素繊維、ポリベンゾイミダゾールなどの成分を分解・揮発させ、窒化ホウ素を灰分として回収し、灰分の質量を測定する。そして、すべり軸受の質量（１００ｇ）に対する灰分（窒化ホウ素）の質量の割合を算出し、窒化ホウ素の含有率とする。
窒化ホウ素の含有率は、以下の方法により測定することができる。
すなわち、成形したすべり軸受を１００ｇ測り取り、８００℃において焼成を行い、炭素繊維、ポリベンゾイミダゾールなどの成分を分解・揮発させ、窒化ホウ素を灰分として回収し、灰分の質量を測定する。そして、すべり軸受の質量（１００ｇ）に対する灰分（窒化ホウ素）の質量の割合を算出し、窒化ホウ素の含有率とする。
（炭素繊維の面積率の測定方法）
炭素繊維の面積率は、すべり軸受のすべり面から切り出した試料片の任意の５箇所について、光学顕微鏡（５００倍）による観察視野：縦５８９μｍ×横４４２μｍの部分を画像処理してＨＳＢ色空間においてBrightnessが７５％以上の領域の面積から求める平均面積率である。このような炭素繊維の面積率の測定方法の具体例を以下に述べる。
成形したすべり軸受のすべり面から縦５ｍｍ×横５ｍｍの正方形の試料片を切り出し、試料片の表面を研磨する。当該試料片の研磨した表面においてランダムに５箇所を選定し、それぞれの箇所について光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて縦５８９μｍ×横４４２μｍの平面の撮影を行う。平面の撮影時の条件としては、倍率：５００倍、落射照明：同軸落射、画素（ピクセル）：２８８０×２１６０、を採用する。撮影した縦５８９μｍ×横４４２μｍの平面を観察部分とし、画像解析により炭素繊維の部分の同定を行う。観察部分の面積全体に対する炭素繊維の面積の占める割合を算出し、５箇所における算出値の平均を求め炭素繊維の面積率とする。ここで、すべり軸受表面の観察部分の画像解析は、画像解析プログラム：Ｉｍａｇｅ Ｊ（「Ａｎａｌｙｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」コマンドで実施）を用いて行うことができ、画像解析条件は、測定プログラムColor Thresholdにおいて、画素「Hue ０～２２５、Saturation ０～２２５、Brightness １７０～２２５」に設定し、他はデフォルト設定にする。この画像解析プログラムを使用して、炭素繊維の画素特性(明るさ、色)と同じ画素特性を有する部分を抽出することにより行う。上記の画像解析プログラム（Ｉｍａｇｅ Ｊ）において、Brightness １７０～２２５の領域を抽出しており、これはＨＳＢ色空間においてBrightnessが７５％以上の領域を抽出していることを意味している。
炭素繊維の面積率は、すべり軸受のすべり面から切り出した試料片の任意の５箇所について、光学顕微鏡（５００倍）による観察視野：縦５８９μｍ×横４４２μｍの部分を画像処理してＨＳＢ色空間においてBrightnessが７５％以上の領域の面積から求める平均面積率である。このような炭素繊維の面積率の測定方法の具体例を以下に述べる。
成形したすべり軸受のすべり面から縦５ｍｍ×横５ｍｍの正方形の試料片を切り出し、試料片の表面を研磨する。当該試料片の研磨した表面においてランダムに５箇所を選定し、それぞれの箇所について光学顕微鏡（デジタルマイクロスコープ ＶＨＸ－７０００（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）、対物レンズ ＶＨＸ－Ｅ５００（５００～２５００倍））を用いて縦５８９μｍ×横４４２μｍの平面の撮影を行う。平面の撮影時の条件としては、倍率：５００倍、落射照明：同軸落射、画素（ピクセル）：２８８０×２１６０、を採用する。撮影した縦５８９μｍ×横４４２μｍの平面を観察部分とし、画像解析により炭素繊維の部分の同定を行う。観察部分の面積全体に対する炭素繊維の面積の占める割合を算出し、５箇所における算出値の平均を求め炭素繊維の面積率とする。ここで、すべり軸受表面の観察部分の画像解析は、画像解析プログラム：Ｉｍａｇｅ Ｊ（「Ａｎａｌｙｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」コマンドで実施）を用いて行うことができ、画像解析条件は、測定プログラムColor Thresholdにおいて、画素「Hue ０～２２５、Saturation ０～２２５、Brightness １７０～２２５」に設定し、他はデフォルト設定にする。この画像解析プログラムを使用して、炭素繊維の画素特性(明るさ、色)と同じ画素特性を有する部分を抽出することにより行う。上記の画像解析プログラム（Ｉｍａｇｅ Ｊ）において、Brightness １７０～２２５の領域を抽出しており、これはＨＳＢ色空間においてBrightnessが７５％以上の領域を抽出していることを意味している。
なお、各すべり軸受について、上記の方法により炭素繊維の面積率を直接測定することができるが、それとは異なり、例えば、以下のように、炭素繊維の体積率（体積％）に基づいて炭素繊維の面積率を算出することもできる。
体積率（体積％）と面積率との関係に関して、佐藤 直子ら, “材料組織の形態評価の変遷と展望”, 鉄と鋼, Vol.100 (2014), No.10, p.1182-1190や、足立 吉隆,“コンピュータ支援3D計量形態学”, Vo. 61 (2011), No. 2, p.78-84に記載されているように、複相組織において、複数の観察面上から求めた平均面積率と体積率の間には、平均面積率と体積率とが等しいとの関係式が成立することが知られている。したがって、すべり軸受における炭素繊維の体積率（体積％）の値を、炭素繊維の面積率の値として用いることができる。ここで、すべり軸受における炭素繊維の体積率（体積％）は、例えば、すべり軸受に含まれる各成分の含有率（質量％）及び比重に基づいて算出することもできる。
体積率（体積％）と面積率との関係に関して、佐藤 直子ら, “材料組織の形態評価の変遷と展望”, 鉄と鋼, Vol.100 (2014), No.10, p.1182-1190や、足立 吉隆,“コンピュータ支援3D計量形態学”, Vo. 61 (2011), No. 2, p.78-84に記載されているように、複相組織において、複数の観察面上から求めた平均面積率と体積率の間には、平均面積率と体積率とが等しいとの関係式が成立することが知られている。したがって、すべり軸受における炭素繊維の体積率（体積％）の値を、炭素繊維の面積率の値として用いることができる。ここで、すべり軸受における炭素繊維の体積率（体積％）は、例えば、すべり軸受に含まれる各成分の含有率（質量％）及び比重に基づいて算出することもできる。
本発明においては、芳香族ポリエーテルケトンの粉末、ポリベンゾイミダゾールの粉末、窒化ホウ素の粉末、炭素繊維、及びグラファイトの粉末をドライブレンドして樹脂組成物を調製し、この樹脂組成物を圧縮成形した後、表面加工を施すことによりすべり軸受を製造することができる。また、このすべり軸受を使用してすべり軸受装置を製造することができ、さらに、このすべり軸受装置を使用してポンプを製造することができる。
以下、本発明について実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例に記載の内容に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、各成分の含有率（質量％）が表１に示す値となるように、芳香族ポリエーテルケトン（ポリエーテルエーテルケトン）の粉末、ポリベンゾイミダゾールの粉末（本発明例Ｎｏ．１及び３並びに比較例Ｎｏ．３、５、及び６ではポリベンゾイミダゾールを配合せず）、窒化ホウ素（平均粒径４μｍ）の粉末、炭素繊維（直径約６μｍ、長さ約１００μｍ）、及びグラファイト（粒径１～２０μｍ）の粉末（本発明例Ｎｏ．２及び３並びに比較例Ｎｏ．１ではグラファイトを配合せず）をドライブレンドして樹脂組成物を製造し、得られた樹脂組成物を金型に入れ、加圧、加熱し、１次加工の成形を行った後、２次加工の機械加工により詳細な形状を付与し、すべり軸受を製造した。そして、得られたすべり軸受について、後述するスラリー中での摩耗速度の評価を行った。結果を表１及び図４に示す。
実施例１では、各成分の含有率（質量％）が表１に示す値となるように、芳香族ポリエーテルケトン（ポリエーテルエーテルケトン）の粉末、ポリベンゾイミダゾールの粉末（本発明例Ｎｏ．１及び３並びに比較例Ｎｏ．３、５、及び６ではポリベンゾイミダゾールを配合せず）、窒化ホウ素（平均粒径４μｍ）の粉末、炭素繊維（直径約６μｍ、長さ約１００μｍ）、及びグラファイト（粒径１～２０μｍ）の粉末（本発明例Ｎｏ．２及び３並びに比較例Ｎｏ．１ではグラファイトを配合せず）をドライブレンドして樹脂組成物を製造し、得られた樹脂組成物を金型に入れ、加圧、加熱し、１次加工の成形を行った後、２次加工の機械加工により詳細な形状を付与し、すべり軸受を製造した。そして、得られたすべり軸受について、後述するスラリー中での摩耗速度の評価を行った。結果を表１及び図４に示す。
本発明例Ｎｏ．１～３及び比較例Ｎｏ．１～６のすべり軸受のスラリー中での摩耗速度は、下記手順に沿って測定した。
(スラリー中での摩耗速度)
まず、平均粒径が約５μｍのケイ砂（主成分：Ｓｉ０２）と平均粒径が約３０μｍのケイ砂とが１：１の割合で含まれている砂粒子を３０００ｍｇ／Ｌの濃度となるように水中に投入し、スラリーを作成した。得られたスラリーの中に、すべり軸受を含む軸受装置（図２の回転軸１０、スリーブ１１、すべり軸受１、及び軸受ケース１２（つば部１２ａを含む）からなる装置）を沈め、８時間にわたって２５℃で維持されているスラリーの中でＰＶ値０．６ＭＰａ・ｍ／sの条件においてＷＣ基超硬合金の初期表面粗さ（Ｒａ）が３．２の平面に対して摺動させ、すべり軸受の摩耗速度（μｍ／ｈ）を算出した。
(スラリー中での摩耗速度)
まず、平均粒径が約５μｍのケイ砂（主成分：Ｓｉ０２）と平均粒径が約３０μｍのケイ砂とが１：１の割合で含まれている砂粒子を３０００ｍｇ／Ｌの濃度となるように水中に投入し、スラリーを作成した。得られたスラリーの中に、すべり軸受を含む軸受装置（図２の回転軸１０、スリーブ１１、すべり軸受１、及び軸受ケース１２（つば部１２ａを含む）からなる装置）を沈め、８時間にわたって２５℃で維持されているスラリーの中でＰＶ値０．６ＭＰａ・ｍ／sの条件においてＷＣ基超硬合金の初期表面粗さ（Ｒａ）が３．２の平面に対して摺動させ、すべり軸受の摩耗速度（μｍ／ｈ）を算出した。
表１及び図４の結果より、ポリベンゾイミダゾールの含有率が１０質量％以下（０質量％を含む）であり、グラファイトの含有率が５質量％以下（０質量％を含む）であり、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率が４０質量％以下である本発明例Ｎｏ．１～３のすべり軸受は、スラリー中での摩耗速度が３１μｍ／ｈ以下と低いものとなった。
一方、ポリベンゾイミダゾールの含有率が１０質量％を超えている比較例１、ポリベンゾイミダゾールの含有率が１０質量％を超えており、グラファイトの含有率が５質量％を超えており、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率が４０質量％を超えている比較例２、並びにグラファイトの含有率が５質量％を超えており、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率が４０質量％を超えている比較例３～６のすべり軸受は、スラリー中での摩耗速度が３４μｍ／ｈ以上と高いものとなった。
以上より、本発明例Ｎｏ．１～３のように、すべり軸受を形成する樹脂組成物の組成を特定のものとすることにより、スラリー中での摩耗速度を低減させて耐スラリー摩耗性を向上できることがわかった。
一方、ポリベンゾイミダゾールの含有率が１０質量％を超えている比較例１、ポリベンゾイミダゾールの含有率が１０質量％を超えており、グラファイトの含有率が５質量％を超えており、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率が４０質量％を超えている比較例２、並びにグラファイトの含有率が５質量％を超えており、窒化ホウ素、炭素繊維、及びグラファイトの合計の含有率が４０質量％を超えている比較例３～６のすべり軸受は、スラリー中での摩耗速度が３４μｍ／ｈ以上と高いものとなった。
以上より、本発明例Ｎｏ．１～３のように、すべり軸受を形成する樹脂組成物の組成を特定のものとすることにより、スラリー中での摩耗速度を低減させて耐スラリー摩耗性を向上できることがわかった。
（実施例２）
表１に示した本発明例Ｎｏ．２及び比較例Ｎｏ．１のすべり軸受について、下記の温度上昇値及び摩擦係数の評価を行った。結果を表２並びに図５及び６に示す。
表１に示した本発明例Ｎｏ．２及び比較例Ｎｏ．１のすべり軸受について、下記の温度上昇値及び摩擦係数の評価を行った。結果を表２並びに図５及び６に示す。
（温度上昇値）
上記(スラリー中での摩耗速度)と同様のすべり軸受を含む軸受装置を用いたドライ試験において、ＰＶ値：０．３０、０．３５、０．４０、又は０．６０ＭＰａ・ｍ／sで２時間運転し、各ＰＶ値においてすべり軸受のすべり面から深さ５ｍｍの位置の温度上昇値の測定を行った。そして、図５に示すグラフ（横軸：ＰＶ値、縦軸：温度上昇値）を作成した。
上記(スラリー中での摩耗速度)と同様のすべり軸受を含む軸受装置を用いたドライ試験において、ＰＶ値：０．３０、０．３５、０．４０、又は０．６０ＭＰａ・ｍ／sで２時間運転し、各ＰＶ値においてすべり軸受のすべり面から深さ５ｍｍの位置の温度上昇値の測定を行った。そして、図５に示すグラフ（横軸：ＰＶ値、縦軸：温度上昇値）を作成した。
（摩擦係数）
上記(スラリー中での摩耗速度)と同様のすべり軸受を含む軸受装置を用いて、ＰＶ値：０．３０、０．３５、０．４０、又は０．６０ＭＰａ・ｍ／sで２時間、ＷＣ基超硬合金の初期表面粗さ（Ｒａ）が３．２の面に対して潤滑油を用いずに摺動させ、２時間の間、０．５秒間隔で連続的に摩擦係数の測定を行った。２時間の運転中のうちの後半の１時間における摩擦係数の平均値を算出し、各ＰＶ値におけるすべり軸受の摩擦係数とした。そして、図６に示すグラフ（横軸：ＰＶ値、縦軸：摩擦係数）を作成し、本発明例Ｎｏ．２のデータに関して近似直線を引くことによりＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおける本発明例Ｎｏ．２の摩擦係数の推定値を算出した。
上記(スラリー中での摩耗速度)と同様のすべり軸受を含む軸受装置を用いて、ＰＶ値：０．３０、０．３５、０．４０、又は０．６０ＭＰａ・ｍ／sで２時間、ＷＣ基超硬合金の初期表面粗さ（Ｒａ）が３．２の面に対して潤滑油を用いずに摺動させ、２時間の間、０．５秒間隔で連続的に摩擦係数の測定を行った。２時間の運転中のうちの後半の１時間における摩擦係数の平均値を算出し、各ＰＶ値におけるすべり軸受の摩擦係数とした。そして、図６に示すグラフ（横軸：ＰＶ値、縦軸：摩擦係数）を作成し、本発明例Ｎｏ．２のデータに関して近似直線を引くことによりＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおける本発明例Ｎｏ．２の摩擦係数の推定値を算出した。
図５より、本発明例Ｎｏ．２のすべり軸受は、比較例Ｎｏ．１のすべり軸受に比べて、０．３０、０．３５、又は０．４０ＭＰａ・ｍ／ｓのＰＶ値の条件において、温度上昇値が小さく、すべり軸受の温度上昇を抑制できることがわかった。
また、図６の近似直線より、本発明例Ｎｏ．２のすべり軸受は、ＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の摩擦係数が０．１以下であると推測でき、摩擦を小さくできることがわかる。
したがって、本発明例Ｎｏ．２のすべり軸受は、耐スラリー摩耗性に優れると共に、温度上昇を抑制でき、かつ摩擦が小さく良好であることがわかった。
また、図６の近似直線より、本発明例Ｎｏ．２のすべり軸受は、ＰＶ値：１．０ＭＰａ・ｍ／sにおけるすべり軸受の摩擦係数が０．１以下であると推測でき、摩擦を小さくできることがわかる。
したがって、本発明例Ｎｏ．２のすべり軸受は、耐スラリー摩耗性に優れると共に、温度上昇を抑制でき、かつ摩擦が小さく良好であることがわかった。
以上で説明したように、本発明の実施形態に係るすべり軸受装置のすべり軸受をラジアル軸受として備えたポンプであれば、異物混入水を処理する排水機場において、水中運転と大気中運転とが繰り返されても、すべり軸受の摩耗を抑制し、且つすべり軸受の低摩擦性（潤滑性）を維持することができる。
１…すべり軸受
１ａ…内周面（すべり面）
３…立軸ポンプ
１０…回転軸
１１…スリーブ
１ａ…内周面（すべり面）
３…立軸ポンプ
１０…回転軸
１１…スリーブ
Claims (5)
- すべり軸受であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受。 - すべり軸受を備えたすべり軸受装置であって、
前記すべり軸受は、芳香族ポリエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール、窒化ホウ素、炭素繊維、グラファイト、及び不可避不純物からなる樹脂組成物から形成されており、
前記樹脂組成物に対する、前記ポリベンゾイミダゾールの含有率は１０質量％以下（０質量％を含む）であり、前記グラファイトの含有率は５質量％以下（０質量％を含む）であり、かつ前記窒化ホウ素、前記炭素繊維、及び前記グラファイトの合計の含有率は４０質量％以下である、前記すべり軸受装置。 - 前記すべり軸受のすべり面が、大気と接触した状態及び土砂が混入した水と接触した状態のいずれでも運転可能に構成されている、請求項２に記載されたすべり軸受装置。
- 前記芳香族ポリエーテルケトンが、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、又はそれらの組み合わせである、請求項２又は３に記載されたすべり軸受装置。
- 請求項２～４のいずれか一項に記載のすべり軸受装置を備えたポンプ。
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